面向异构多核处理器的统一编程及分开编译设计与实现

发布时间：2017-04-21 06:34

  本文关键词：面向异构多核处理器的统一编程及分开编译设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,集成电路工艺得到了巨大发展,使得在单芯片上集成多个处理器核来完成更复杂、更大型的计算任务成为可能。多核处理器分为同构多核处理器和异构多核处理器,异构多核处理器中集成了多个架构不同的处理器核,不同架构的处理器核处理工作任务中不同类型的操作。相比同构多核处理器,异构多核处理器在特定应用领域能发挥出更高的效能。异构多核处理器的出现为高性能计算带来契机,但其底层的异构以及多级的存储层次给编程者带来困难,异构系统中的编程问题成为制约异构系统发展的重要瓶颈。 本文首先分析了异构编程困难的几方面因素,然后介绍了近年来学术界和业界在研究异构编程方面所取得的研究成果,但异构多核系统中的不同处理器核通常有着不同的体系结构和性能优化模型,很难设计一种通用的异构编程策略适用于各种异构平台。围绕着异构编程问题,本文研究内容和工作包括：(1)概述了异构多核处理器中的抽象模型、互连通信、存储结构以及程序执行模型。(2)分析了主从式单边异构结构的处理器特性,引入功能卸载编程模型,采用一种基于编程语言扩展关键字的方式描述异构特性,以实现异构多核代码的统一编程,同时提出了统一编程方式下异构多核代码的分开编译方法,并设计实现了分开编译系统。(3)研究了异构多核间的通信设计。基于片上共享内存的特性,设计了内存管理机制实现异构多核间数据的传递；利用核间中断机制来实现多核之间的同步,自旋锁机制实现共享内存数据的互斥访问；最后在分析目标文件的基础上,设计了一个从核可执行程序的加载器。(4)设计了两个测试方案验证分开编译系统的设计,包括编译处理测试和功能测试。通过了测试验证,符合预期设计。 面向异构多核处理器的统一编程,通过分开编译系统分离异构多核代码,并分别编译,同时提供隐式的数据传递和同步机制,屏蔽处理器异构带来的差异,有效提升了异构系统的可用性,提高了程序员开发效率。
【关键词】：异构多核 异构编程 分开编译 异构多核通信
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332;TP314
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-16
• 1.1.1 多核处理器的发展11
• 1.1.2 同构多核处理器11-12
• 1.1.3 异构多核处理器12-16
• 1.2 异构多核编程与研究现状16-21
• 1.2.1 异构多核编程面临的挑战16-17
• 1.2.2 异构多核编程的研究现状17-21
• 1.3 本文主要工作与创新点21-22
• 1.4 论文组织结构22-25
• 第二章 异构多核处理器相关概述25-31
• 2.1 异构多核体系结构抽象模型25-26
• 2.2 多核之间的互连通信26-27
• 2.3 多核处理器的存储结构27-29
• 2.4 执行模型29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 统一编程及分开编译设计与实现31-47
• 3.1 主从式单边异构多核结构31-32
• 3.2 统一编程32-33
• 3.2.1 编程模型32-33
• 3.2.2 编程语言33
• 3.3 分开编译方法33-34
• 3.4 分开编译设计原理34-36
• 3.5 分开编译的系统实现36-44
• 3.5.1 分离处理模块37-41
• 3.5.2 主核编译处理模块41-43
• 3.5.3 从核编译处理模块43-44
• 3.6 可执行程序的构建44-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 异构多核间通信设计47-57
• 4.1 数据传递47-49
• 4.1.1 共享内存上的数据传递设计47-49
• 4.1.2 数据传递的软件接口49
• 4.2 异构多核间的同步和互斥49-51
• 4.2.1 核间同步设计49-50
• 4.2.2 核间互斥设计50-51
• 4.3 加载器设计51-56
• 4.3.1 目标文件51-53
• 4.3.2 链接53-54
• 4.3.3 从核程序加载器设计54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 系统测试57-65
• 5.1 编译处理测试57-61
• 5.1.1 测试环境57
• 5.1.2 测试用例57-59
• 5.1.3 测试结果与分析59-61
• 5.2 功能测试61-64
• 5.2.1 测试环境61-62
• 5.2.2 测试用例62
• 5.2.3 测试结果与分析62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 存在不足与展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 在读期间发表的学术论文73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 汪健;张磊;赵忠惠;王少轩;陈亚宁;;多核系统中NoC通讯架构的关键技术[J];电子科技;2012年06期

2 陈忠湘;詹瑾瑜;郝宗波;;带控制流的静态函数调用分析方法[J];计算机工程;2011年09期

3 李春江;杨学军;;主从式单边异构多核处理器编程模型和编译架构[J];计算机工程与科学;2009年08期

4 卜凡;赵忠民;;64位多核CPU中交叉开关总线的设计与实现[J];计算机与数字工程;2008年11期

5 唐滔;杨学军;;异构系统编程方法综述[J];计算机工程与科学;2012年03期

6 刘颖;吕方;王蕾;陈莉;崔慧敏;冯晓兵;;异构并行编程模型研究与进展[J];软件学报;2014年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 魏海涛;面向多核处理器的数据流程序编译关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

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本文编号：319683